超越通信的无线电导航

超越通信的

文／沈建峰

1940年，第二次世界大战的风雨席卷欧洲。6 月21日，法国向纳粹投降。希特勒转手对付英国。然而，英国的天然屏障——水深浪急的英吉利海峡，不仅挡住了100多年前所向披靡的拿破仑军队，也让希特勒的快速装甲部队在敦刻尔克望洋兴叹。

但技术的进步已使得战争发展到陆、海、空并进，由于德国海军实力不如英国，那就从空中率先开战。1940年11月14日晚，英国航空工业中心考文垂上空响起了刺耳的空袭警报。20分钟后，德空军449架亨克尔-111型轰炸机，到达城市上空，空中顿时出现了许多带着白色火焰的降落伞，刹那间仿佛是来自地狱的烈火吞噬了市中心，接着是炸弹的轰响和更汹涌的烈焰。这次袭击德国空军共投爆破弹394吨、燃烧弹56吨、定时炸弹127枚。考文垂全城遭受重大破坏，死亡554人，重伤864人，500多家店铺和５万多户民房被毁，12家飞机零件工厂瘫痪，公共事业被迫全部停止。

这次代号为“月光奏鸣曲”的空袭行动取得了巨大成功，西方军事学家甚至将此次空袭视为早期战略轰炸的雏形。然而，自从7月希特勒开始实施空袭英国的“海狮计划”，四个多月时间里，英德两国空军进行了规模空前的英格兰大空战，德国人并没有占到多少便宜，这次空袭为什么突然取得了成功呢？其奥秘就在于德国人采用了新的X-Gereat无线电导航系统，它改进了第一代“弯腿”导航系统容易迷航的缺陷，使轰炸机在夜间能够轻易找到考文垂，空袭由白天突然转为夜间，英军准备不足。X-Gereat系统的精度达到了距导航台200英里处误差仅为90米左右，这在当时已经足够。由于X-Gereat接收仪器十分专业化，只安装在He-111轰炸机上，其他轰炸机则根据先导机的燃烧弹指示投弹，这才出现了轰炸之初先投掷了大量燃烧弹的一幕。

无线电应用之初，只用于点到点的远距离通信。早期无线电通信中，天线发射的电磁波传向四面八方，就像一

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块石子丢到水中，水上涟漪向四周扩散一样，由于只有一个接收点，也就是说只有一个方向的波动是有用的。对电磁波来说，向通信接收方向以外的辐射对通信没有任何用处，还白白消耗了大量电台功率。因此，为了增加通信距离，节省电台功率，人们致力于研究电磁波的定向发射和接收。然而，定向天线的发展，却导致了无线电测向和无线电导航技术的兴起，开辟了无线电应用的第二大领域——导航。

二十世纪初，人们在海上航行，还是依靠古老的天文导航和地磁导航，精度有限，多数还需要依靠船长的经验和港口地形参照。当人们发现无线电波可以定向发射和接收时，马上就认识到可以用无线电波进行导航。实际上，早期的无线电导航与无线电测向是不分的，测向的目的就是导航。后来随着测向技术的发展，在军事、交通、环保、救灾等方面获得了广泛应用，无线电测向才从导航领域分离出来，成为独立的无线电应用。

早期的无线电测向设备很重，体积庞大，只能安装在地面或者大型船舶上。1912年，德国研制出世界上第一个无线电导航设备——振幅式测向仪，其工作频率为0.1-1.75MHz。1920年代，第一个地面四航道无线信标系统研制

成功，工作频率为0.2-0.4MHz，这是最早的陆基无线电导航系统，目前还在使用，全球约有10000余个信标台，其中美国航空与航海信标分别为1800个与200个，分别拥有18万与50万用户。我国第一座指向信标台于1927年在长江口外舟山群岛的花鸟山建成，现在已经成为国家重点保护文物，1933年在山东成山头又建了第二座。1940年德国研制成功小型化自动测向仪，并将其装载于飞机上，在法国海岸“蛋黄酒”导航台的引导下，成功进行了对考文垂的轰炸。

饱受德国轰炸之苦的英国奋起反击，他们很快对X-Gereat系统进行干扰，避免了考文垂式的悲剧重演。随后他们加紧研究夜间导航和“盲炸”指示导航系统。1942年3月，Gee系统终于研制成功，它是世界上第一个以测量距离并采用双曲线定位导航的系统，系统依靠在英国的导航台，作用距离可达350英里到400英里，可覆盖到德国鲁尔区，英国人决心用Gee来报考文垂的一箭之仇。

Gee系统在1942年3月8日至9日晚首次大规模使用，但结果令人失望，经过几次试用调整，英国人选中了茵河畔的科隆市作为轰炸目标，发起了代号为“千年”的千机轰炸行动。1942年5月30日晚，太阳的余晖刚刚在天边褪去，英国东部各大小机场就纷纷忙碌起来，一批批轰炸机编

队轰隆隆地压过了英吉利海峡。领头的一架威灵顿轰炸机上，导航员正在微弱的灯光下，聚精会神地看着阴极射线管上的一个个小信号，同时在一张标有曲线网格的地图上作点划线，地图上，一条长长的粗线从英格兰起头，直到德国科隆。“修正航向为xxx，预定到达时间20分钟！”在领航员的指引下，飞机全速向科隆逼近，“接近目标，投放照明火焰！”“燃烧弹准备，放！放！放！”1046架飞机准确飞抵城市上空，千余吨燃烧弹和高爆炸弹呼啸着泻向地面，科隆市瞬间燃起了熊熊烈火。这次空袭造成2.4平方公里的城区化为瓦砾和焦土，全

城基础设施严重损坏，250所工厂遭

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到摧毁或破坏，数万幢房屋被铲平，近6万居民无家可归。

“千年”行动大获全胜，Gee功不可没，德国人马上开始对其进行干扰。由于Gee系统所有导航台均在英国，而目标又全在导航台一侧的欧洲大陆，作用距离有限，受到干扰的Gee系统的导航距离和精度都不再能满足军队需要。但是与德国人

X-Gereat系统采用的导航方式不同，Gee是一种真正的通用导航体系，尽管困难重重，Gee系统并没有彻底废弃，在后来美国人研制的罗兰导航系统中再次得到了应用。

从本质上来说，无线电导航系统也是无线电通信系统的一种，只不过在一般的通信系统中，接收信息的一方事先不知道发送的内容，通信系统仅仅是提供给信息的收发方一个“信息通道”。而导航系统是在确定的地点、向特定或不特定的方向发送事先约定信号的“通信系统”。信号接收方通过对这些已知信号进行分析计算，解决“我在哪里，目标在哪里，如何到达”这三个基本问题，引导航行体安全、准确、经济、便捷地到达目的地。

航海是最早需要导航的领域，已经有上千年历史，最早使用天文导航，中国发明的指南针传到西方后，被制成罗盘，大大促进了航海发展；飞机发明后，初期航程有限，飞行不高，靠目测可以飞行，但随着飞行速度、高度和航程加大，导航已成为安全航行的必要条件，是目前导航系统最大的用户，不仅在起飞和降落时需要导航，而且飞行的航线、高度等等也需要依赖导航系统时时进行控制和修正；目前，随着汽车普及，汽车导航系统方兴未艾，由于用户众多，大有后来居上之势；而与人类对太空的探索相伴，深空导航也应运而生。

无线电导航是目前最重要的导航手段，100年来全世界约有近100个系统投入使用。二战前的导航系统，只能通过测向判断方位，精度有限。二战期间，由于战争需要，各国纷纷研制独立的无线电导航系统，呈现“百花齐放”的局面，Gee系统开始计算距离，大大丰富了

导航内容，提高了精度。随着战火的熄灭，无线电导航系统向标准化发展。但绝大多数系统均由“二战元老们”派生而来，其性能和适用性各有千秋，比较著名的有伏尔（VOR）系统、多普勒导系统、罗兰C系统、塔康系统、奥米加系统等。

1957年，人造卫星上天，导航台从陆地发展到卫星，无线电导航进入星基时代。1964年，美国子午仪卫星发射成功，该系统共有7颗卫星，基本满足了军方全球导航的需要。随后美国又于1973年开始研制全球卫星定位系统GPS，1994年正式投入运营，其覆盖面超过任何地基远程导航系统，精度又远远超过最精确的近程导航系统，迅速成为导航的主流。

为此，世界各国争相发展卫星定位系统，前苏联建设了GLONASS系统，西欧有伽利略系统，中国“北斗一号”已经基本投入使用，成为第三个拥有自主卫星导航系统的国家，印度、日本也都在积极开发本国的卫星导航系统……卫星定位系统使无线电导航由单一功能发展到多功能，作用距离覆盖全球，定位精度高达厘米量级，应用领域渗透到经济社会方方面面，成为二十一世纪新的经济增

长点。

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